食事と腸内細菌による消化管 T 細胞誘導機構の解明

本田東京大学大学院医学系研究科免疫学講座

緒賢也准教授である。食事によって影響を受けているのではないかと言

消化管には約 1000 種類の腸内細菌が、それぞれの考えられる。

ニッチに定着し、お互いに一定のバランスを取りつつ生

次に我々は、腸内細菌に含まれるどの菌種が、大腸息している。腸内細菌は消化の補助、栄養素の供給、病Treg 細胞数の増加に寄与しているのかを調べた。その原性微生物の排除など有益な働きをしてくれていること為、まず SPF マウスに抗菌スペクトルの異なる抗生物が古くから知られている。最近では、腸内細菌からの刺質を投与するという実験を行った 。バンコマイシンは激が免疫系の構築や機能の発達、維持に貢献しているこ

グラム陽性菌に有効な抗生物質であり、一方、ポリミキ

3)1)とも明らかになってきている 。

シン B はグラム陰性菌に有効な抗生物質である。バン

制御性 T 細胞（regulatory T 細胞；Treg 細胞）は、CD4コマイシンあるいはポリミキシン B を経口投与すると、陽性 T 細胞の一亜群であり、転写因子 forkhead box P3

バンコマイシン投与群のみ大腸 Treg 細胞の減少が確認（Foxp3）を発現することを特徴としている

2）。自己反応された。このことから、グラム陽性の腸内細菌が Treg性 T 細胞の増殖・活性化を抑え、免疫寛容の維持、過細胞の誘導に関与していることが示唆された。腸内細菌

剰な免疫応答の抑制に必須の細胞として働く。Treg 細には多くの芽胞形成菌が含まれる。そこで次に SPF マ胞は、全身のあらゆる臓器に存在しており、CD4 陽性ウスの糞便をクロロホルム処理し、クロロホルム処理T 細胞の約 10％をしめる。一方、小腸・大腸においてに耐性の芽胞形成菌だけを GF マウスに投与する実験をは、Treg 細胞の割合は極めて多く、CD4 陽性 T 細胞の行った。その結果、芽胞形成菌分画だけで十分に大腸約 30％以上を占めている。なぜ消化管において Treg 細Treg 細胞を誘導できることが分かった。以上の実験か胞は顕著に多いのか。我々は腸内細菌が腸管での Tregら、腸内細菌の中でも、グラム陽性で且つ芽胞を形成す細胞を増加させているのではないかと考えた。

る菌が、Treg 細胞を誘導していると考えられた。
マウス消化管に於いてグラム陽性で且つ芽胞を形成す結る菌で最も多く存在するのは、クロストリジウム属菌

果

通常の specific–pathogen–free（SPF）環境下で飼育しである。そこで次に、クロストリジウム属菌が、大腸たマウス（以下 SPF マウス）と、腸内細菌が全く存在しTreg 細胞を誘導できるかどうかを検討した 。その為ない無菌マウス（germ–free マウス、以下 GF マウス）の、我々は、ノトバイオート技術を用いた。ノトバイオート

小腸・大腸粘膜固有層に存在する Foxp3 発現細胞（即とはある特定の微生物のみが存在する動物を指す。マウ

ち Treg 細胞）をフローサイトメトリーにより解析し、ス消化管から単離された 46 株のクロストリジウム属菌3)3)4)比較した 。小腸においては、GF マウスと SPF マウス

を 、無菌ビニールアイソレーター内に於いて、無菌マは、ほぼ同数の Treg 細胞を有していた。一方大腸に於ウスに経口投与した。3 週間ビニールアイソレーター内

いては、GF マウスにおいて、SPF マウスの約 3 分の 1に於いて飼育した後、大腸を採取して Treg 細胞数を確程度の数にまで Treg 細胞が減少していることが明らか認した。クロストリジウム属菌定着ノトバイオートマウとなった。このことから、腸内細菌の存在は、大腸のスに於いて、大腸 Treg 細胞の十分な（即ち SPF マウス

Treg 細胞数を増加させるのに必須の役割を果たしていと同等数の）誘導が観察された。一方、他の細菌種、例ることが明らかとなった。一方小腸 Treg 細胞は腸内細えばラクトバチルス属菌やバクテロイデス属菌などのノ菌とは無関係に誘導されており、そのメカニズムは不明

トバイオートマウスに於いてはそのような Treg 細胞の1本田賢也

増加は認められないか、増加するとしても弱く且つマウ豊富なマウスは、通常のマウスと比較して大腸 Treg 細スの系統によってばらつきがあった。以上のことから、胞が多く、かつデキストラン硫酸ナトリウム（DSS）やクロストリジウム属菌の存在によって大腸 Treg 細胞はOxazolone 誘発腸炎に対して抵抗性を示した。さらにこ恒常的に誘導されていると考えられた。のマウスは、全身性の IgE 応答、即ちアレルギー応答もTreg 細胞には、胸腺において Foxp3 陽性細胞として抑制された状態にあることが確認できた。

分化した、いわゆる natural Treg 細胞（nTreg 細胞）と、一旦ナイーブ CD4 陽性 T 細胞として分化した後、末梢考察組織に於いて Foxp3 陽性となった、いわゆる inducible

クロストリジウムの Treg 細胞の誘導メカニズムの詳Treg 細胞（iTreg 細胞）の 2 種類が存在する。最近 nTreg細は未解明のままである。クロストリジウム定着により、細胞の多くは Helios という転写因子を発現しており、大腸上皮における TGFβの発現上昇が認められたが、さ一方 iTreg 細胞は Helios 陰性であるという報告がなさらなる検討が必要である。近年、炎症性腸疾患の患者の5)れた 。この報告を基に抗 Helios 抗体を用いて検討し腸内においてクロストリジウム属の割合が減少している

た結果、SPF マウスの大腸には Helios 陽性細胞と陰性ことが報告されている 。そのためヒトにおいても、今6)3)細胞が、大体１：１で存在していることが分かった 。

回マウスを用いた実験において観察されたような機構がそして GF マウスに於いては、主に Helios 陰性の細胞、働いている可能性が十分にある。今後、ヒトに定着して即ち iTreg 細胞と考えられる Treg 細胞が主に減少しているクロストリジウムの機能解析を進めることで、クロいた。さらに GF マウスで減少した Helios 陰性 Treg 細ストリジウム属菌そのもの、あるいは、クロストリジウ胞は、クロストリジウム属菌を投与することによって十ムに由来する物質を用いて、炎症性腸疾患やアレルギー分に回復した。従って、クロストリジウム属菌は主としなどの予防や治療法の開発に応用できると考えている。て iTreg 細胞を誘導することによって、大腸 Treg 細胞数を増加させていると考えられた。

要約

更に興味深いことに大腸 iTreg 細胞は、nTreg 細胞と転写因子 Foxp3 を発現する CD4 陽性制御性 T 細胞

比較して、免疫抑制能に重要な CTLA–4 および IL–10（Treg 細胞）は、免疫系の恒常性維持に極めて重要な役の発現が特に高いことも確認された。そして GF マウス割を果たしている。Treg 細胞は、マウス体内においてでは、主としてこの CTLA4high IL–10high の iTreg 細消化管粘膜に最も多く存在する。我々は消化管常在菌で胞分画が減少していた。クロストリジウム属菌の投与にあるクロストリジウム属菌（特にクラスター IV と XIVa

よって、CTLA4high IL–10high の iTreg 細胞が十分に回に属するクロストリジウム属菌）が、大腸 Treg 細胞の復した。

集積に重要な役割を果たしていることを見出した。
即ち、iTreg 細胞の誘導には周囲に TGF–βの存在が必要であ

無菌マウスに於いては大腸 Treg 細胞数が顕著に減少しることが知られている。そこで、クロストリジウム属菌ているが、46 株のクロストリジウム属菌の投与によっを定着させたマウスの上皮細胞における TGF–βの産生て、その数は十分に回復することを見出した。更に、クを検討したところ、無菌マウスと比べて高濃度の TGF–ロストリジウム属菌の消化管への定着は、消化管上皮細βが検出された。従って、クロストリジウム属菌は、上胞からの TGF-β産生を誘導し、それが Treg 細胞の分化皮を刺激し TGF–βの産生を促すことによって iTreg 細を促進した。また、新生仔期にクロストリジウム属菌を胞を誘導しているものと考えられた。

マウスに経口投与すると、クロストリジウムの割合が多以上結果から、腸内細菌の中でもクロストリジウム

い成体マウスとなり、腸炎と IgE 誘導刺激に対して抵抗属の細菌の増減が、Treg 細胞の増減をコントロールし、性を示した。これらの結果を応用することで、腸内細菌さらには腸炎の発症の抑制に寄与しているのではないを利用した自己免疫疾患やアレルギーの新たな治療法にかと考えられた。このことを検討するため、まだ腸内つながるかもしれない。

細菌の生態系が確立されていない 2 週齢の SPF マウスに、クロストリジウムを投与することにより、成体時に謝も腸内細菌全体の中でクロストリジウムの占める割合が辞本研究は公益財団法人三島海雲記念財団の平成 22 年

3)多いマウスを作成した 。このクロストリジウム属菌の度学 術研究奨励金によって行われたものです。助成し2

食事と腸内細菌による消化管 T 細胞誘導機構の解明ていただきました公益財団法人三島海雲記念財団に深謝

regulatory T cells by indigenous Clostridium species.

Science . 331: 337–341, 2011

致します。

成果発4) Itoh K, Mitsuoka T. Characterization of clostridia isolated
from faeces of limited flora mice and their effect on caecal

表size when associated with germ-free mice. Lab Anim . 19:111–118, 1985.

Atarashi K, Tanoue T, Shima T, et al. Induction of colonic
regulatory T cells by indigenous Clostridium species.

5) Thornton AM, Korty PE, Tran DQ, et al. Expression

Science. 331: 337-341, 2011of Helios, an Ikaros transcription factor family member,引differentiates thymic-derived from peripherally induced
Foxp3+ T regulatory cells. J Immunol. 184: 3433–3441,

用文献20101) Garrett WS, Gordon JI, Glimcher LH. Homeostasis andinflammation in the intestine. Cell . 140: 859–870, 2010.

6) Frank DN, St Amand AL, Feldman RA, et al. Molecularphylogenetic characterization of microbial community
imbalances in human inflammatory bowel diseases. Proc
Natl Acad Sci U S A . 104: 13780–13785, 2007.

2) Sakaguchi S, Yamaguchi T, Nomura T, et al. Regulatory T
cells and immune tolerance. Cell . 133: 775–787, 2008.
3) Atarashi K, Tanoue T, Shima T, et al. Induction of colonic3